Portique 2D- Analyse statique & Design acier. Advance Design America FASCICULE 1

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1 Advance Design America FASCICULE 1 Portique 2D- Analyse statique & Design acier N.B. : Pour utiliser ce fascicule, vous devez disposer du package - Bâtiment (Base) & Bâtiment (Professionnel) Janvier 2012

2 F A S C I C U L E 1 A D A Graitec Inc Graitec inc.

3 P O R T I Q U E 2 D Modélisation Nous allons modéliser le portique suivant, appliquer des charges et faire une analyse statique linéaire puis un design acier. Démarrez Advance Design America. Cliquez sur l icône Nouveau projet. Le mode d activation Structure est automatiquement activé. Configuration du projet Allez dans l onglet Préférences de la boîte de dialogue Configuration du projet (menu Fichier) et désactivez les options "Affichage des boîtes de dialogue". Allez à l onglet Analyse et activez un type d analyse statique linéaire. Modélisation Nœuds Ouvrez le chiffrier des nœuds (menu Structure/Nœuds). Insérez des lignes (cliquez sur l'en-tête de la ligne, à gauche du chiffrier, et appuyez sur la touche [Insert] de votre clavier pour insérer des lignes) et entrez les coordonnées suivantes : Graitec inc. 1-1

4 F A S C I C U L E 1 A D A Membrures Sélectionnez l icône Membrure sur la barre d outils Éléments. Appuyez sur l icône Ajouter de la barre d outils Curseur. Pour créer une membrure, cliquez sur un nœud d origine (i) et un nœud d arrivée (j). Faites de même pour créer les deux autres membrures. Une fois que tous les éléments sont ajoutés, sélectionnez le mode de fenêtre étendue Supports pour sortir du mode Ajouter. Activez l élément Nœud sur la barre d outils Éléments. Sélectionnez les nœuds à la base de la structure soit en dessinant une fenêtre autour des deux nœuds à l aide du curseur ou en cliquant sur chaque nœud en laissant la touche [Ctrl] abaissée. Appuyez sur la fonction Propriétés. Dans le champ "Type de nœud" de la boîte de dialogue Caractéristiques du nœud, choisissez "Support". Par défaut, les nouveaux supports sont fixés en déplacement et en rotation. Pour vérifier, activez l icône Support barre d outils Élément et double-cliquez sur un support. Sauvegarde sur la Appuyez sur la touche de contrôle [Pg Up] de votre clavier numérique pour voir la structure à 45 degrés. À cette étape, sauvegarder votre projet. Appuyez sur l icône de sauvegarde. Donnez un nom à votre projet et choisissez un répertoire. Sections, matériau et propriétés des membrures Activez l icône Membrure sur la barre d outils Éléments. Sélectionnez toutes les membrures et appuyez sur la fonction Propriétés. La boîte de dialogue Caractéristiques de la membrure sera affichée à l écran. Notes : Lorsque plusieurs membrures sont sélectionnées, certains champs de la boîte de dialogue sont blancs et vides. Ils indiquent que les valeurs choisies ou insérées dans ces champs seront appliquées à toutes les membrures sélectionnées. D autres champs blancs contiennent des valeurs négatives ou autres, mais ce ne sont pas les valeurs "réelles" par défaut qui sont initialisées. Voir plus loin "Angle bêta" des membrures. Pour consulter les valeurs entrées par défaut, ne sélectionner qu un élément. Cliquez sur l icône pour faire apparaître l arbre de sélection des profilés. Ouvrez la racine Acier, la branche W et la sous-branche W200 et activez le bouton radio du profilé W200x Graitec inc.

5 P O R T I Q U E 2 D Dans le champ "Matériau", choisissez un acier 350W. Définissez les conditions limites : ce cadre est rigide, alors les conditions aux extrémités seront les suivantes : pour les trois membrures. Graitec inc. 1-3

6 F A S C I C U L E 1 A D A Cliquez OK pour sauvegarder vos données et fermer la boîte de dialogue. Affichage Affichez la forme des sections à l'aide de la boîte de dialogue Options d affichage. Activez l option "Forme de la section" à la section Membrures dans l onglet Attributs et appuyez sur OK. 1-4 Graitec inc.

7 P O R T I Q U E 2 D Si vous préférez voir les profilés en 3D, sélectionnez l option "Affichage 3D" à la section Membrures de l onglet Attributs. Pour augmenter la longueur affichée des profilés en 3D, sélectionnez l onglet Graphique de la boîte de dialogue Options d'affichage et réduisez la longueur inscrite par défaut dans le champ "Fraction de L non affichée". Le but de cette option est de voir les conditions limites des membrures lors de leur affichage en 3D. Angle bêta des membrures (orientation dans l espace) Les colonnes ne sont pas bien orientées. Par défaut, lors de la création des membrures, l angle bêta est fixé à 0 degré (même si un angle de 540 est inscrit dans la boîte de dialogue lors d une sélection multiple de membrures). Pour modifier cet angle, sélectionnez les deux colonnes et appuyez sur l icône Propriétés. Dans la boîte de dialogue Caractéristiques de la Membrure, entrez un angle de 90 degrés dans le champ "Angle bêta". Cliquez sur OK. Graitec inc. 1-5

8 F A S C I C U L E 1 A D A Définition des chargements Définissez vos titres et types de chargements dans le chiffrier Définition des chargements (menu Charges/Chargements/Définitions). Charge permanente La charge permanente est automatiquement calculée par le logiciel en utilisant la densité du matériau choisi. Elle ne peut pas être éditée. Plusieurs types de charges mortes peuvent être définis et appliqués lorsqu'un projet est constitué d'étapes de construction. Dans le chiffrier Définition des chargements, cliquez sur le numéro 2 à la deuxième ligne et insérez une ligne en appuyant sur la touche [Insert] de votre clavier. Choisissez une charge de type "Surcharge". Double-cliquez dans la colonne "Numéro" et donnez-lui un nom. Sélectionnez l'onglet Surcharge et complétez les paramètres. Cliquez sur OK. Application des charges Activez le mode Chargement sur la barre d'outils Activer et choisissez le type de chargement nommé "Vive". Au message "Sauvegarder le projet?", répondez oui. Le nom du chargement est inscrit dans la partie inférieure de l écran. Nous allons placer une charge répartie sur la poutre, une charge triangulaire sur la colonne de gauche et une charge latérale ponctuelle au sommet de celle-ci. Affichage des axes locaux des membrures Affichez les axes locaux des membrures dans l onglet Attributs des Options d affichage pour bien orienter les charges qui seront appliquées sur la colonne. Les axes locaux suivent la règle de la main droite. L axe local z pointe toujours vers le nœud j de la membrure. L axe x local correspond à l axe fort (de couleur rouge) d un profilé et l axe y, à son axe faible (de couleur verte). 1-6 Graitec inc.

9 P O R T I Q U E 2 D Axes locaux des membrures Charge uniformément distribuée Double-cliquez sur la poutre. Insérez une ligne dans la boîte de dialogue Charges sur la membrure. Wa correspond à la charge uniforme au point a (nœud i de la poutre). Cliquez dans la cellule "Charge Wa" et tapez 20. Faites la même chose pour la charge Wb. La projection de la charge est globale. Graitec inc. 1-7

10 F A S C I C U L E 1 A D A Appuyez sur OK. Vous verrez le diagramme du chargement à l écran. Charge trapézoïdale sur la colonne Une charge trapézoïdale peut être appliquée en spécifiant des valeurs différentes pour Wa et Wb et en spécifiant le point d origine et de fin de ces charges. Dans notre exemple, le nœud d origine (i) de la colonne est situé au support et la valeur de la charge à cet endroit doit être égale à 0. La charge est appliquée dans la direction négative de l axe y local de la colonne. Donc, une charge négative doit être entrée. Cette charge répartie est projetée à 90 degrés de l axe fort de la colonne. Double-cliquez sur la colonne de gauche, entrez les données suivantes et appuyez sur OK. 1-8 Graitec inc.

11 P O R T I Q U E 2 D Charge ponctuelle au nœud (Une charge ponctuelle peut être appliquée à un nœud ou sur une membrure.) Activez l icône Nœud et double-cliquez sur le nœud #2. Dans le chiffrier des forces aux nœuds, les axes x, y et z représentent les axes globaux. Entrez une force positive de 25 kn en direction x globale. Cliquez sur OK. Maintenant, il faut définir au minimum une combinaison pour pouvoir lancer l analyse. Définition d une combinaison Allez dans le menu Charges à la rubrique Combinaisons/Définition. Insérez une ligne dans le chiffrier. Double-cliquez dans la colonne "Numéro" pour donner un numéro à la combinaison. Choisissez un statut "Analyse sans design" et entrez une description, si désiré. Elle apparaîtra dans l onglet Coefficients de pondération. Sélectionnez l onglet Coefficient de pondération. Insérez deux lignes dans le chiffrier de droite. Double-cliquez dans la colonne "Chargement" et choisissez la charge morte et la charge vive. Entrez les coefficients de pondération de 1.25 et 1.5. Cliquez sur OK. Vous êtes maintenant prêt à lancer l analyse statique. Analyse statique linéaire Appuyez sur l icône Analyse statique sur la barre d outils Outils. La boîte de dialogue Analyse statique linéaire sera affichée à l écran. On peut y lire, entre autres, que trois membrures seront analysées. Appuyez sur le bouton "Analyser". Lorsque les résultats seront disponibles, fermez la boîte de dialogue. Graitec inc. 1-9

12 F A S C I C U L E 1 A D A Lecture des résultats L icône "Combinaison" terminée. est automatiquement activée une fois que l analyse est Sélectionnez la combinaison dans la liste déroulante de la barre "Sélection du titre". Dans l onglet Résultats des Options d affichage, sélectionnez l'option "Déformée". Pour afficher les valeurs numériques, cliquez sur l icône barre d outils Diagrammes. de la Maintenant, dans le même onglet, désélectionnez l'option "Déformée" et sélectionnez l'option Mx (moment de flexion sur l axe fort). Activez également l affichage des valeurs numériques. Pour ajuster l amplitude du diagramme, utilisez les fonctions de la barre d outils Diagrammes Graitec inc.

13 P O R T I Q U E 2 D Pour accéder rapidement aux résultats des efforts et des déformées pour une membrure, double-cliquez sur une membrure. Note : Plusieurs colonnes ont été masquées en utilisant la fonction Masquer du menu contextuel des chiffriers, car elles contenaient des valeurs nulles. Voir "Menu contextuel des chiffriers" dans le chapitre 1 de l'aide en ligne, à la section Chiffriers. Sélectionnez toutes les membrures et ensuite allez dans le menu Résultats /Combinaisons/Contraintes internes (min/max) - Membrures. Remarque Pour connaître la définition des colonnes d un chiffrier lorsqu il est ouvert, appuyez sur la touche F1 pour ouvrir l aide en ligne directement à cette rubrique. Maintenant, nous allons utiliser le même exemple et montrer les étapes à suivre avant de pouvoir lancer un design acier. Graitec inc. 1-11

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15 P O R T I Q U E 2 D Configuration du projet Onglet Analyse Design acier Ouvrez la boîte de dialogue Configuration du projet (menu Fichier) et vérifiez les paramètres de l'analyse non linéaire dans l'onglet Analyse. Spécification acier En mode Structure, allez dans le menu Structure et choisissez Spécifications/Acier. Insérez une ligne dans le chiffrier des spécifications acier s'il est vide. Donnez un nom à cette spécification et sélectionnez la norme CAN/CSA-S16-01 dans la liste déroulante à la colonne "Norme". Choisissez l'option "Design" comme type d'analyse. CivilDesign Inc 1-13

16 F A S C I C U L E 1 A D A Il faut choisir un groupe de sections et un type de profilé pour effectuer un design. On peut créer plusieurs spécifications selon les types de profilés qu'on désire utiliser pour un design. Note sur la disponibilité des profilés W canadiens Utilisez le groupe de sections "USA", car les W ne sont plus fabriqués au Canada. Vous pouvez aussi créer votre propre groupe de sections. Le matériau sélectionné doit être compatible avec les sections W américaines. (Note : un groupe de sections et un type de profilé ne sont pas requis dans une spécification de type "vérification".) Critères de design et spécifications Activez l icône Membrure sur la barre d outils Éléments et sélectionnez toutes les membrures. Appuyez sur l icône Propriétés Caractéristiques de la membrure.. Activez les critères de design dans la boîte de dialogue 1-14 CivilDesign Inc

17 P O R T I Q U E 2 D Sélectionnez l onglet Design acier dans la même boîte de dialogue. Choisissez la spécification S16-Design. Appuyez sur OK. Critères de design pour la poutre Supports latéraux Double-cliquez sur la poutre et spécifiez un support latéral continu à la fibre supérieure dans l onglet Design acier. Note : Un support latéral agit toujours sur l axe faible d une membrure. Par conséquent, le coefficient de longueur effective en compression sur l axe faible, Ky, est égal à zéro lorsqu un support latéral continu est fourni soit à la fibre supérieure OU inférieure d une membrure. CivilDesign Inc 1-15

18 F A S C I C U L E 1 A D A Flèche admissible Un critère de flèche de L/360 sur l axe fort (Lx/) est spécifié dans l onglet Design acier CivilDesign Inc

19 P O R T I Q U E 2 D Combinaisons Combinaison de statut Ultime Au moins une combinaison de statut Ultime doit être présente pour effectuer un design. À la première ligne, double cliquez dans la cellule "Statut" et changez le statut Analyse seulement à Ultime. Combinaison de statut Flèche instantanée Pour qu'ada fasse la conception de la poutre en respectant la flèche admissible, une combinaison de statut Flèche instantanée doit être ajoutée dans le chiffrier Définition des combinaisons : Insérez une ligne, double cliquez à la colonne statut et sélectionnez l'option Flèche instantanée. Entrez une définition si désirée. Sélectionnez l'onglet Coefficient de pondération et insérez une ligne pour la combinaison Flèche. Double-cliquez à la colonne "Chargement" et choisissez le cas de charge "Vive". Entrez un facteur de 1.0. Nous aurons les combinaisons suivantes : Analyse et Design acier Appuyez sur l icône Analyse et Design de la barre d outils Outils. La boîte de dialogue Design sera affichée à l écran. On peut y lire que trois membrures seront optimisées selon l aire des sections. Appuyez sur le bouton "Analyser". Lorsque le design est terminé, fermez la boîte de dialogue. L'icône "Résultats du design" automatiquement activée une fois que le design est terminé. est CivilDesign Inc 1-17

20 F A S C I C U L E 1 A D A Résultats du design acier Affichage graphique des résultats Ouvrez la boîte de dialogue Options d affichage en cliquant sur l icône. Dans l onglet Résultats, affichez les pourcentages de sollicitation des membrures en activant l option Sollicitation à la section "Membrure". Pour voir le nom des profilés que le logiciel a choisi, cochez l option Section à la section "Membrures" dans l onglet Éléments CivilDesign Inc

21 P O R T I Q U E 2 D Pour changer le style de la police de la légende, appuyez sur le bouton Police dans l'onglet Limites. Dans la boîte de dialogue Police, modifiez le style et la hauteur du texte et appuyez sur OK. Chiffrier des résultats du design acier Les résultats du design sont donnés pour les combinaisons qui contrôlent le design de la membrure soient : avec interaction flexion/compression (Mf-Nf), en cisaillement et celle qui contrôle la flèche admissible. L article du code qui gouverne le design est également affiché. Sélectionnez toutes les membrures et appuyez sur l icône Propriétés. Vous pouvez aussi ouvrir le chiffrier dans le menu Résultats/Design structural /Acier. CivilDesign Inc 1-19

22 F A S C I C U L E 1 A D A Résultats sur la flèche calculée La flèche donnée dans le chiffrier des résultats du design est la flèche maximale calculée entre les points d inflexion d une membrure. On peut voir que la longueur entre les points d inflexion est de 4.29 m et que la flèche est de 7.78 mm vers le bas. Le rapport est de L/550 < L/360. Donc, cette combinaison n est pas critique. Note : La déformée affichée pour une combinaison donnée provient d une analyse statique et elle ne correspond pas à la flèche calculée entre les points d inflexion lors d'un design acier. Affichage de la déformée pour la combinaison de statut Flèche Activez le mode Combinaison et sélectionnez la combinaison "2 : L1". Activez l'affichage de la déformée dans l'onglet Résultats de la boîte de dialogue Options d'affichage CivilDesign Inc

23 P O R T I Q U E 2 D Efforts et déformée de la membrure Cette icône, localisée dans la partie inférieure du chiffrier des résultats du design, permet d accéder à un chiffrier virtuel qui inclut les efforts et déformée à chaque subdivision de la membrure pour les combinaisons critiques du design. Sélectionnez une membrure dans le chiffrier et appuyez sur cette icône. CivilDesign Inc 1-21

24 F A S C I C U L E 1 A D A Note : Certaines colonnes ont été masquées. Aperçu de la note de calcul Pour visualiser la note de calcul pour une membrure, sélectionnez la ligne du chiffrier qui correspond à cette membrure et appuyez sur l'icône. Pour l imprimer, appuyez sur le bouton Print disponible dans la fenêtre Aperçu avant impression. Voir un exemple à la page suivante. Impression de la note de calcul Pour imprimer directement la note de calcul d une membrure, sélectionnez la ligne dans le chiffrier des résultats du design et appuyez sur cette icône CivilDesign Inc

25 P O R T I Q U E 2 D CivilDesign Inc 1-23

26 F A S C I C U L E 1 A D A Groupes de design (optionnel) Création et assignation des groupes de design Lors du design, un seul profilé est choisi par groupe de design. Plusieurs groupes de design peuvent être assujettis à une même spécification. Les groupes de design doivent être créés en mode d activation Structure. Sélectionnez les membrures que vous désirez grouper et utilisez les touches de raccourcis [Ctrl]+G. (Ce raccourci correspond à la fonction Grouper les membrures dans le menu Structure/Groupes.) Dans notre exemple, nous avons sélectionné les deux colonnes. Dans la boîte de dialogue Grouper les membrures, tapez un nom de groupe et choisissez la spécification acier qui sera assignée à ce groupe de design. Appuyez sur OK. Le groupe de design apparaît dans l onglet Design acier de la boîte de dialogue Caractéristiques de la membrure. Lorsqu il n y a pas de groupe, une spécification doit être choisie. Affichage d un groupe de design Pour faire afficher un groupe de design à l écran, ouvrez la boîte de dialogue Options d affichage. Dans l onglet Attributs, cochez la case Groupe de design et choisissez un groupe dans la liste déroulante CivilDesign Inc

27 P O R T I Q U E 2 D Résultats d une combinaison Les résultats des combinaisons et des enveloppes correspondent aux résultats d'une analyse statique non linéaire. Pour afficher les diagrammes des efforts et déformées des membrures pour une combinaison donnée, activez le mode Combinaison et choisissez une combinaison dans la liste déroulante. Ensuite, dans l onglet Résultats des Options d affichage, cochez la case Déformée ou une des cases correspondant à ce que vous voulez voir. Pour ajuster l amplitude des diagrammes et afficher les valeurs numériques, utilisez les fonctions de la barre d outils Diagrammes. Pour ajuster la taille du texte, utilisez les icônes A+ ou A-. CivilDesign Inc 1-25

28 F A S C I C U L E 1 A D A Maintenant, dans le même onglet, décochez l'option Déformée et sélectionnez l'option Mx (moment de flexion sur l axe fort). Activez l affichage des valeurs numériques. Chiffrier des efforts et déformée pour une combinaison Pour accéder rapidement aux chiffriers des efforts et déformée pour une membrure, double-cliquez sur une membrure. Ici, nous avons double-cliqué sur la 1re colonne. Note : Certaines colonnes ont été masquées CivilDesign Inc